[НАЗАД]

СОПЛО "КЛИВТ" С УВТ ОТ "КЛИМОВА"

Данила Изотов,
инженер по маркетингу ГУП "Завод имени В.Я.Климова";
Геннадий Скирдов,
инженер-конструктор ГУП "Завод имени В.Я.Климова"

Летом 1999 г. на Международном авиационно-космическом салоне "МАКС-99" фирма "Климов" показала свою новейшую разработку — двигатель РД-133 со всеракурсным соплом с управляемым вектором тяги (УВТ). Этот экспонат привлек к себе внимание большого количества специалистов, в том числе и иностранных.

В течение последних 15 лет многие авиадвигателестроительные фирмы мира (Pratt & Whitney, General Electric, ITP, MTU, "А.Люлька-Сатурн" и др.) создали (или еще пока создают) двигатели с соплом с управляемым вектором тяги. Первые летные испытания самолетов, оснащенных такими двигателями, подтвердили перспективность систем с УВТ. Полученные результаты позволили сделать выводы, что применение двигателей с УВТ позволяет существенно уменьшить размеры хвостового оперения (или вообще от него отказаться) и тем самым вес самого самолета, лобовое сопротивление и заметность с одновременным улучшением маневренности и управляемости (например, на X-31 — одном из первых самолетов, где было применено сопло с УВТ, радиус разворота уменьшился с 810 до 130 м).

Поначалу представители самолетостроительных фирм сомневались в жизнеспособности этих сопел и их пригодности для существующих истребителей. Однако в последнее время ситуация все-таки изменилась. Практически все мировые лидеры авиадвигателестроения успешно ведут работы в этом направлении, а летные испытания самолетов с двигателями с УВТ (в том числе российские Су-30 и Су-37 с АЛ-31ФП) доказали их преимущества перед "обычными" истребителями. В частности, существенно улучшаются лётно-тактические характеристики, особенно на режимах, где эффективность управления самолётом аэродинамическими средствами снижается (на малых скоростях и больших углах атаки), а также на взлётно-посадочных режимах; повышаются боевая эффективность самолёта благодаря сверхманевренности и безопасность полёта. Таким образом, после установки двигателей с УВТ даже истребители 4-го поколения приобретают новые качества.

В середине 90-х гг. активная работа по созданию всеракурсного сопла с УВТ началась и на фирме "Климов". Но прежде хотелось бы сказать несколько слов о двигателе, который послужил прототипом РД-133 – модификации с УВТ. В начале 80-х на заводе был создан один из лучших в мире ТРДДФ 4-го поколения РД-33 для двухдвигательной силовой установки легкого фронтового истребителя МиГ-29, состоящего на вооружении ВВС 23 стран. По своим параметрам двигатель не уступает ни американским, ни английским, ни французским аналогам, а по газодинамической устойчивости на различных режимах полета, в том числе и при применении бортового оружия, не имеет равных в мире. Двигатель же РД-133 имеет увеличенную тягу до 9000 кгс на полном форсаже и до 5600 кгс на максимальном бесфорсажном режиме.

В настоящее время известны и в достаточной степени исследованы четыре варианта конструкции сопла с УВТ:

Дефлекторные панели. Это простейший способ создания необходимого сопла и использовался он на ранних стадиях изучения выхлопных устройств с УВТ. Реализован на самолетах Х-31 и F-18HARV, оснащенных двигателями F404.

Плоские сопла. Таковое было изготовлено фирмой Pratt&Whitney для двигателя F100 и испытано на самолете F-15/SMTD.

Осесимметричные сопла с поворотом всей системы выхлопа. Двигатели с таким соплом разработаны фирмами Pratt&Whitney (F100MPJM/ВВN), General Electric (GEATRV), МTU (MTU), "А.Люлька-Сатурн" (АЛ-31ФП).

Осесимметричные сопла с поворотом сверхзвуковой части. Разработкой этой конструкции сопла занимаются Pratt&Whitney (PYBBN), General Electric (AVEN), ITP (EJ200). Кроме того, разрабатываются более сложные конструкции, в которых совмещены преимущества как осесимметричного сопла — УВТ в двух плоскостях, так и плоского — наличие реверса тяги (сопло SCFN фирмы Pratt&Whitney).

Первый вариант при всех преимуществах имеет и ряд недостатков. В частности, отклоняющие панели слишком массивны и создают значительное сопротивление, а также увеличивают и массу самого самолета (так, масса F-18HARV возросла на 952 кг, из которых 300 кг пришлось на носовой балласт). В конструкции плоского сопла довольно легко реализовать реверсирование тяги, которое может применяться как для резкого торможения в полете, так и при посадке самолета. Но управление вектором тяги обеспечивается только в плоскости тангажа. Следующая конструкция сопла позволяет, в принципе, отклонять вектор тяги во всех направлениях, но из-за собственной громоздкости угловые скорости отклонения невелики. Кроме того, установка такого сопла требует усложнения конструкции форсажной камеры и доработки их системы охлаждения.

Проанализировав преимущества и недостатки всех вышеуказанных конструкций, на фирме "Климов" пришли к выводу, что оптимальной схемой отклонения вектора тяги является осесимметричное сопло с поворотом сверхзвуковой части. Такая схема отличается конструкторской и технологической простотой, может обеспечить пространственный угол поворота без ограничений по направлению, необходимое быстродействие и минимальное увеличение массы двигателя (стоит заметить, что в нашем случае масса РД-133 по сравнению с серийным РД-33 не возросла).

К началу 1997 г. был спроектирован и изготовлен первый опытный образец сопла. В ходе стендовых испытаний в составе двигателя, который получил обозначение РД-133, в течение 50 ч выполнили около 1000 перекладок сопла на всех режимах работы, включая полный форсаж. Угол отклонения вектора тяги составлял ±15° во всех направлениях, а скорость отклонения — 30 о/с.

Конструктивно управление вектором тяги на двигателе РД-133 производится поворотом сверхзвуковой части сопла. Поворот всех сверхзвуковых створок одновременно на заданный угол осуществляется воздействием на них через тяги одним общим управляющим кольцом с помощью трех гидроприводов, которые в свою очередь прикреплены к неподвижному силовому поясу на форсажной камере. Положение концов штоков гидроприводов в трёх точках однозначно определяет положение управляющего кольца в пространстве и, соответственно, направление вектора тяги. Вследствие появления дополнительных продольных и поперечных сил, приходящихся на сопло и корпусную систему при отклонении вектора тяги, некоторые элементы конструкции форсажной камеры усилены. Планировалось, что уже в конце 1997 г. начнутся летные испытания двигателя, но, к сожалению, у заказчиков — ОКБ им. А.И.Микояна — возникли финансовые трудности с осуществлением этого проекта.

РД-133 предполагается использовать на модернизированных МиГ-29СМТ и МиГ-29К. Сопло с УВТ будет также установлено на нашей новой разработке — двигателе, создающимся на базе РД-33 и имеющим тягу примерно 10000-12000 кгс. Этот двигатель предназначается для истребителей, которые разрабатываются согласно Программе "5+".

Исследуя проблему создания сопла с УВТ, на фирме "Климов" разработали свое "ноу-хау" — Технологию "КЛИВТ", с помощью которой нашу конструкцию можно адаптировать и к другим двигателям, в том числе иностранного производства. Очевидно, что конструкция сопла двигателя РД-133, выполненная по осесимметричной схеме с поворотом сверхзвуковой части, на сегодняшний день представляется перспективнее, чем, скажем, сопла двигателей F100MPJM/BBN или АЛ-31ФП. Ведь налицо ее главные преимущества — возможность всеракурсного изменения вектора тяги, наибольшая угловая скорость его отклонения и наименьшее увеличение массы двигателя.

KLIVT – KLImov's Vectoring Thrust